Maak hierdie naam reg: Maria Helena Braga. Agter hierdie so tipies Portugese naam vind ons 'n navorser van die Fakulteit Ingenieurswese van die Universiteit van Porto wat, danksy haar werk, moontlik bygedra het tot die definitiewe vooruitgang van litium-ioon battery tegnologie.
Sy bydrae draai om die ontdekking van elektrolietglas, en kan aanleiding gee tot 'n nuwe generasie batterye – vaste toestand – wat veiliger, meer ekologies, bekostigbaar sal wees en tot 3 keer meer kapasiteit kan hê. Om te verstaan hoekom al hierdie entoesiasme, is dit 'n goeie idee om te weet oor litium-ioon (Li-ioon) batterye.
Li-ioonbatterye is vandag die algemeenste. Hulle het baie voordele bo ander soorte batterye, maar hulle het ook hul beperkings.
Ons kan hulle op slimfone, elektriese voertuie en ander elektroniese toestelle vind. Om die nodige energie te verskaf, gebruik hulle 'n vloeibare elektroliet om litiumione tussen die anode (negatiewe kant van die battery) en die katode (positiewe kant) te vervoer.
Hierdie vloeistof is die kern van die saak. Vinnige laai of ontlaai van litiumbatterye kan lei tot die vorming van dendriete, wat litiumfilamente (geleiers) is. Hierdie filamente kan interne kortsluitings veroorsaak wat brande en selfs ontploffings kan veroorsaak.
Die ontdekking van Maria Helena Braga
Die vervanging van die vloeibare elektroliet met 'n soliede elektroliet voorkom die vorming van dendriete. Dit was juis 'n soliede elektroliet wat Maria Helena Braga saam met Jorge Ferreira ontdek het toe hulle by die Nasionale Laboratorium vir Energie en Geologie gewerk het.
Die innovasie behels die gebruik van 'n soliede glaselektroliet, wat die gebruik van 'n anode moontlik maak wat in alkalimetale (litium, soliede of kalium) gebou is. Iets wat tot nou toe nie moontlik was nie. Die gebruik van 'n glasagtige elektroliet het 'n wêreld van moontlikhede oopgemaak, soos om die katode se energiedigtheid te verhoog en die batterylewensiklus te verleng.
Die ontdekking is in 2014 in 'n artikel gepubliseer en het die aandag van die wetenskaplike gemeenskap getrek. Gemeenskap wat John Goodenough, die “vader” van vandag se litiumbattery, insluit. Dit was 37 jaar gelede dat hy mede-uitvinder van die tegnologiese vooruitgang wat dit moontlik gemaak het om litiumioonbatterye kommersieel lewensvatbaar te word. 'n Professor aan die Universiteit van Texas, die 94-jarige kon nie sy entoesiasme vir die Portugese navorser se ontdekking bedwing nie.
Dit het nie lank geneem vir Maria Helena Braga om na die VSA te reis om aan John Goodenough te demonstreer dat haar glasagtige elektroliet ione teen dieselfde spoed as 'n vloeibare elektroliet kon gelei nie. Sedertdien het albei saamgewerk aan navorsing en ontwikkeling van vaste toestandbatterye. Hierdie samewerking het reeds 'n nuwe weergawe van die elektroliet tot gevolg gehad.
Goodenough se ingryping in die samewerking en ontwikkeling van die vastestofbattery was instrumenteel om die nodige geloofwaardigheid aan hierdie ontdekking te verleen.
Voordele van Solid State Battery
Die voordele is belowend:- toename in spanning wat groter energiedigtheid vir dieselfde volume sal toelaat - maak voorsiening vir 'n meer kompakte battery
- laat vinnige laai toe sonder dendrietproduksie – meer as 1200 siklusse
- meer laai-/ontladingsiklusse wat langer batterylewe moontlik maak
- laat toe om in 'n wyer temperatuurreeks te werk sonder agteruitgang - eerste batterye wat teen -60º Celsius kan werk
- potensieel laer koste danksy die gebruik van materiale soos natrium in plaas van litium
Nog een van die groot voordele is dat die selle met omgewingsvriendelike materiale gebou kan word, soos die genoemde natrium, wat uit seewater onttrek kan word. En selfs hul herwinbaarheid is nie 'n probleem nie. Die enigste nadeel, as jy dit so kan noem, is dat die montering van hierdie soliede batterye 'n droë en verkieslik suurstofvrye omgewing vereis.
OM NIE MIS TE MIS NIE: "Elektriese korridors" op versterkte nasionale hoofweë
Maria Helena Braga sê daar is reeds vastestaatbatterye: munt- of knoppieselle, munt-grootte batterye wat byvoorbeeld in sommige horlosies gebruik word. Batterye met ander afmetings is ook in die laboratorium getoets.
Wanneer sal hierdie tipe battery in 'n motor gebeur?
Volgens Maria Helena Braga sal dit nou van die bedryf afhang. Hierdie navorser en Goodenough het reeds die geldigheid van die konsep bewys. Ontwikkeling sal deur ander gedoen moet word. Met ander woorde, dit sal nie môre of volgende jaar wees nie.
Om van hierdie laboratoriumvooruitgang na kommersiële produkte te beweeg is 'n aansienlike uitdaging. Dit kan nog 15 jaar neem voordat ons sien dat hierdie nuwe tipe battery op elektriese voertuie toegepas word.
Basies is dit nodig om skaalbare en koste-effektiewe industriële prosesse te vind wat die industrialisering en kommersialisering van hierdie nuwe tipe batterye moontlik maak. Nog 'n rede hou verband met die groot beleggings wat reeds gemaak is in die bevordering van litiumbatterye deur die mees uiteenlopende entiteite. Die gewildste voorbeeld sal Tesla se Gigafactory wees.
Met ander woorde, oor die volgende 10 jaar moet ons voortgaan om die evolusie van litiumbatterye te sien. Hul energiedigtheid sal na verwagting met ongeveer 50% styg en hul koste sal na verwagting met 50% daal. ’n Vinnige verskuiwing in die motorbedryf na vastestofbatterye is nie te wagte nie.
Beleggings word ook gerig op ander soorte batterye, met verskillende chemiese reaksies, wat tot 20 keer meer energiedigtheid as 'n huidige litiumioonbattery kan bereik. Dit is nie net beter as die drie keer meer wat soliede batterye bereik nie, maar volgens sommige kan dit die mark voor hierdie bereik.
In elk geval, die toekomsscenario lyk belowend vir die elektriese voertuig. Hierdie tipe vooruitgang is wat uiteindelik moet voorsiening maak vir vlakke van mededingendheid gelykstaande aan voertuie met binnebrandenjins. Desondanks, met al hierdie vooruitgang, soos hierdie ontdekking deur Maria Helena Braga, kan dit nog 50 jaar neem vir elektriese voertuie om 'n aandeel van 70-80% van die wêreldmark te bereik.